Quando il James Webb Space Telescope (JWST) ha iniziato le sue operazioni scientifiche nel luglio 2022, ha affrontato una domanda travolgente per il tempo di osservazione. Per il suo più recente Ciclo 4, gli scienziati hanno richiesto circa 78.000 ore, anche se erano disponibili solo circa 8.700.
Per far fronte a questa disparità, le proposte vengono sottoposte a un rigoroso processo di revisione, con solo una su nove che ottiene l’approvazione. Il telescopio ha quattro temi scientifici principali, incluso “Sistemi planetari e origini della vita”. In questo contesto, l’interesse si è concentrato sul sistema TRAPPIST-1, che presenta sette pianeti rocciosi di dimensioni simili a quelle della Terra.
Obiettivi scientifici e il sistema TRAPPIST-1
Gli astronomi hanno atteso con ansia che il JWST esaminasse il sistema TRAPPIST-1, sapendo che il suo occhio a infrarossi sarebbe stato in grado di rilevare potenziali atmosfere. Sebbene il telescopio abbia già osservato TRAPPIST-1 b, c e d, il suo ultimo obiettivo è TRAPPIST-1 e (T1e).
Questo pianeta è particolarmente intrigante perché si trova all’interno della zona abitabile della sua stella, il che significa che è nella giusta posizione per trattenere l’acqua superficiale. Uno studio recente ha sottolineato che il T1e è uno dei pochi esopianeti rocciosi che è adatto per la caratterizzazione atmosferica e che risiede nella zona abitabile della sua stella, una posizione che gli consente di supportare l’acqua liquida in presenza dell’atmosfera giusta.
Il JWST utilizza la spettroscopia a infrarossi per studiare le atmosfere degli esopianeti. La sua ampia copertura di lunghezze d’onda gli consente di rilevare molecole cruciali per la vita, come vapore acqueo, anidride carbonica, metano e ammoniaca. Queste molecole sono essenziali per comprendere come si formano e si evolvono le atmosfere e se possono supportare la vita. L’enorme specchio del JWST, che misura 6,5 metri, unito ai suoi strumenti altamente sensibili, gli consente di rilevare anche i più piccoli segnali spettroscopici di queste molecole, il che lo rende uno strumento senza precedenti per la ricerca di mondi abitabili oltre il nostro.
L’atmosfera del pianeta e il ruolo del brillamento stellare
Quando Néstor Espinoza dello Space Telescope Science Institute ha esaminato i primi dati del James Webb Space Telescope (JWST) sul pianeta TRAPPIST-1 e (T1e), si è subito reso conto che questi dati stavano fornendo informazioni più dettagliate di quanto avessero mai avuto prima. Le prime quattro osservazioni che sono state fatte del pianeta stanno già mettendo in evidenza ciò che gli scienziati dovranno affrontare man mano che arriveranno altre informazioni.
I primi quattro transiti di T1e indicano che ha perso la sua atmosfera primaria a causa dell’emissione stellare della sua nana rossa, TRAPPIST-1. Le nane rosse sono note per i loro potenti brillamenti, e si ritiene che questo tipo di brillamento sia responsabile di aver strappato via le atmosfere primordiali di idrogeno/elio dai pianeti del sistema. Tuttavia, anche se la contaminazione stellare ha avuto un impatto sui dati del JWST, le osservazioni non possono escludere la possibilità di un’atmosfera secondaria, simile a quella che si è formata sulla Terra.
Gli scienziati hanno sottolineato che i loro spettri di trasmissione mostrano livelli di contaminazione stellare simili a quelli osservati in lavori precedenti per altri pianeti del sistema TRAPPIST-1, ma su un intervallo di lunghezze d’onda più ampio. Questo rende più difficile caratterizzare i pianeti TRAPPIST-1 anche a lunghezze d’onda relativamente lunghe.
I dati suggeriscono che è improbabile che l’atmosfera dell’esopianeta sia dominata dall’anidride carbonica, come accade su Venere o Marte. Questa assenza di anidride carbonica potrebbe impedire al pianeta di sperimentare un effetto serra, che i ricercatori ritengono possa essere necessario per il mantenimento dell’acqua superficiale. Nonostante ciò, i dati del JWST sono complessi e le osservazioni sono incomplete. Una piccola quantità di anidride carbonica potrebbe comunque essere presente, e un “piccolo effetto serra può fare molto”, come affermato dalla coautrice Nikole Lewis.
La modellazione degli spettri del JWST suggerisce anche la presenza di metano (CH4). Sebbene le atmosfere dense dominate dal metano siano escluse, non si possono escludere abbondanze inferiori con pressioni parziali di azoto più elevate. I dati raccolti dal JWST stanno sfidando le ipotesi osservative e teoriche degli scienziati, dal momento che il sistema planetario di TRAPPIST-1 è molto diverso dal nostro.
Nuovi metodi per un’analisi più chiara
Anche se i dati attuali del James Webb Space Telescope (JWST) non permettono di trarre conclusioni definitive sull’atmosfera di TRAPPIST-1e (T1e), hanno già fornito spunti preziosi, limitando le possibilità. Glidden e i suoi coautori suggeriscono che, se il pianeta ha un’atmosfera, è probabile che sia composta da un gas relativamente pesante e “spettralmente inattivo” combinato con il metano (CH4). Nonostante i progressi, gli scienziati non possono ancora né confermare né escludere la presenza di un’atmosfera.
Per ottenere un quadro più preciso, i ricercatori Néstor Espinoza e Natalie Allen hanno ideato un metodo innovativo che sfrutta un altro pianeta del sistema TRAPPIST-1: T1b. Quest’ultimo è il pianeta più vicino alla sua stella e si ritiene che sia una roccia nuda, priva di atmosfera a causa della vicinanza alla sua stella che ha quasi certamente disperso la sua atmosfera.
Dato che T1b transita davanti alla stella subito prima di T1e, gli astronomi possono confrontare quasi contemporaneamente gli spettri di entrambi i pianeti. Questo approccio permette di identificare e quantificare eventuali artefatti stellari presenti negli spettri di T1b e di rimuoverli con precisione dalle osservazioni di T1e. In questo modo, qualsiasi firma chimica che rimane negli spettri di T1e può essere confermata come parte della sua atmosfera.
Le osservazioni del JWST segnano l’inizio di una nuova era nell’esplorazione degli esopianeti. Stiamo passando dalla semplice scoperta di nuovi mondi allo studio dettagliato delle loro atmosfere. Ana Glidden ha descritto questo momento come un’esperienza incredibile, che ci permette di misurare i dettagli della luce stellare attorno a pianeti delle dimensioni della Terra a 40 anni luce di distanza e di esplorare le possibilità di vita in questi mondi lontani.
Secondo Espinoza, il lavoro finora svolto evidenzia il modo in cui il JWST sta “aprendo nuove strade nello studio delle composizioni atmosferiche degli esopianeti rocciosi”. L’entusiasmo è alto, in quanto le prossime 15 osservazioni di T1e promettono di offrire un quadro molto più completo e chiaro.
Lo studio è stato pubblicato su The Astrophysical Journal Letters.
